功能高分子材料知识点

1、第一章什么是材料的功能，什么是材料的性能，举例说明。第1页材料的功能，从本质上来说是向材料输入某种能量和信息，经过材料的储存、传输或转换等 过程，再向外输出的一种特性。如化学性、导电性、磁性、光敏性、生物活性等。材料的性能是指材料对外部作用的表征与抵抗的特性，如对外里的抵抗表现为强度、模量， 对热的抵抗表现为耐热性，对光、电、化学药品的抵抗表现为材料的耐光性、绝缘性、耐化 学药品性等。功能高分子材料的制备方法以及各自的特点。第4页方法：（1）功能性小分子的高分子化，高分子化学反应引入预期的功能基团。功能性小分子的高分子化主要优点在于可以使生成的功能高分子功能基团分布均匀，生成的 聚合物结构可以

2、通过小分子分析和聚合机理加以预测，产物的稳定性高，但这种方法需在功 能性小分子中引入可聚单体，从而使反应较为复杂，同时在反应中反应条件对功能基团会产 生一定的影响，需对功能集团加以保护，使材料的成本增加。例如，高吸水性树脂可以通过 将亲水性基团的丙烯酸钠进行自由基聚合实现。利用高分子化学反应制备功能高分子的主要优点在于合成或天然高分子骨架是现成的，可选 择的高分子母体多，来源广，价格低廉。但是在进行高分子化学反应时，反应不可能100% 完成，尤其是在多不得高分子化学反应中，制的的产物中含有未反应的官能团，即功能集团 较少，功能基团在分子链上的分布也不均匀。例如聚苯乙烯、尼龙、淀粉都可以作为高分

3、子 母体。（2）通过特殊加工赋予高分子的功能特性。许多聚合物通过特定的加工方法和加工工艺，可以较精确地控制其聚集状态结构及宏观状 态，从而使之体现出一定的功能性。例如，许多塑料可以经过适当的制膜工艺，制成具有分 离功能的多孔膜和致密膜。（3）通过普通聚合物与功能材料的复合，制成复合型功能高分子材料。这种制备方法简便快速，不受场地和设备限制，不受聚合物和功能性化合物官能团反应活性 的影响，适用范围宽，功能基团的分布较均匀。但其共混体不稳定，在使用条件下（如溶胀、 成膜等）功能聚合物易由于功能小分子的流失而逐步失去活性，如固定化酶。例如，将绝缘 塑料和导电涂料共混制得导电塑料。功能高分子材料功能与

4、结构的关系。课本第2页骨架与功能的关系：高分子骨架在功能高分子材料中起承载官能团的作用。线性聚合物呈现 线状，在适宜的溶剂中可以形成分子分散溶液，某些线性聚合物玻璃化温度较低，小分子和 离子在其中比较容易进行扩散和传导，但是这种易于溶解的性质在某些情况下会降低它的机 械性能和稳定性。支化高分子由于支链的存在，其分子链的刚性及结构的规整性受到影响， 因此其熔融性能溶液的黏度不同于线性高分子。交联聚合物在高温下不能熔融在溶剂中不能 溶解，只能溶胀，交联度影响机械强度，物理、化学稳定性以及其他与材料功能相关的性质。 交联聚合物机械强度得到提高，不易加工处理，不易对其进行结构和组成分析。树形高分子 具

5、有高度规整的支化结构，具有大量的端基结构，与相同分子量的线性高分子相比，具有较 低的溶液粘度和熔体粘度，同时利用端基上的官能团，可以对其进行改性，引入不同的功能。 官能团与功能的关系：（1）官能团的性质对高分子的功能其主要作用。如侧链聚合物液晶中 的刚性侧链。（2）聚合物与官能团协同作用。如固相合成用高分子试剂。（3）聚合物骨架起 作用，如主链型聚合物液晶。（4）官能团起辅助作用，如主链型液晶高分子的芳香环上引入定体积的取代，可以降低玻璃化温度从而降低液晶相温度，在高分子膜材料中引入极性基 团可以改变润湿性。第二章1、吸附树脂和离子交换树脂各自的特点？答：共同点：都轻度交联，含有多孔性结构。差

6、异：吸附树脂主要是物理作用如氢键，范德 华力，偶极偶极相互作用等。离子交换树脂主要是化学作用，功能基团总的可交换离子与外 来离子交换来完成作用。2、树脂单体成球技术：（1）疏水性单体的悬浮聚合，不含极性基团的疏水性单体，如苯乙 烯和二乙烯苯（交联剂），通过悬浮聚合直接成球。（2）含极性基团的取代烯烃单体的悬浮 聚合，如丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈、醋酸乙烯酯、丙烯酰胺等含极性官能团烯 烃单体也采用悬浮聚合技术合成球形材料，但通常在水相中加入食盐或同时在有机相中加入 非极性溶剂，增大它们与水相之间极性差异，减小单体在水中的溶解度，从而避免两相界面 上的非成球聚合。采用分解温度低的引发剂（偶

7、氮二异丁月青）交联剂为二乙烯苯、衣康酸 a-单烯丙酯、三聚异氰酸三烯丙酯和甲基丙烯酸甲酯（3）水溶性单体悬浮缩聚反应（4） 线性高分子的悬浮交联成球反应。P153、成孔技术：（1）惰性溶剂致孔，惰性溶剂致孔是聚合过程中实现的。在悬浮聚合体系的 单体相中加入不参与反应、能与单体相溶、沸点高于聚合温度的惰性溶剂，在聚合完成后， 溶剂保留在聚合物中，再通过蒸馏或溶剂提取或冷冻干燥处理，除去惰性溶剂，从而得到大 孔聚合物球粒。（2）线性高分子致孔，在悬浮聚合单体相加入线性高分子（聚苯乙烯、聚醋 酸乙烯酯、聚丙烯酸酯类），在聚合过程中，线性高分子促进相分离的发生，作为线性高分 子溶剂的单体减少和消失，使

8、高分子卷曲成团。聚合完成后，采用溶剂抽提出聚合物球粒中 的线性高分子，可得到孔径较大的大孔树脂。（3）后交联成孔，先制备低交联度和线性高分 子，然后再将其进行化学反应已达到所需的交联度。4、吸附平衡：在吸附气体时，往往发生多分子层吸附。由于气态分子处于自由运动状态， 达到吸附平衡时吸附剂对气体物质的吸附量与气体的压力P有关，当压力增大时，吸吸附 继续进行；压力降低时，部分被吸附的分子会脱附，经过足够长的时间又会按照变化了的压 力达到新的平衡。在吸附溶液中某物质时，多为单分子层吸附，存在着吸附剂对溶质的吸附 和溶剂使对被吸附物质脱附之间的竞争。此外，当温度升高时吸附量降低，普通物理吸附更 明显。

9、P205、吸附选择性：（1）水溶性不大的有机物易被吸附，且在水中的溶解性越差越易被吸附。（2）吸附树脂难于吸附溶于有机溶剂中的有机物。（3）当化合物的极性基团增加时，树脂 对其吸附能力也随之增加，吸附作用也将加强（4）在同一树脂中，树脂对体积较大的化合 物的吸附作用较强补充：吸附树脂的主要品种有：聚苯乙烯型、聚丙烯酸甲酯型以及其他的各类树脂6、在食品添加剂提取中的应用.看看24页流程图优点：与人工合成相比，其安全性高，生产过程中环境污染小。缺点：天然产物较为复杂，难以得到高纯度的产品。甜叶菊 呷 FeS 4絮凝一 过滤一 AB-8吸附一 废水70%如0H 大孔阳离子交换树脂大孔阴离子交换树脂一

10、 浓缩一 产品7、离子交换树脂三种结构：凝胶型，干态和湿态都是均相透明的，在溶胀状态存在聚合物 链间的凝胶孔，小分子可以在凝胶孔内扩散。大孔型离子交换树脂内存在海绵状的多孔结构， 不透明。孔径从几纳米到几百纳米甚至到微米级。载体型主要做液相色谱的固定相。一般将 离子交换树脂包覆在硅胶或玻璃珠表面上制成。P28四种苯乙烯系离子交换树脂分子式。8、聚苯乙烯系离子交换树脂合成：（1）交联聚苯乙烯球粒制备，在热引发剂作用下水相中 悬浮聚合得到珠状苯乙烯-二乙烯苯共聚物（白球）。（2）交联聚苯乙烯的功能基团化，通过 给聚苯乙烯共聚物球粒上引入不同的功能基团，可分别得到阳离子交换树脂和阴离子交换树 脂。通

11、过对上述共聚物磺化可得到磺酸型强酸性阳离子交换树脂，常用磺化剂：浓硫酸、发 烟硫酸、氯磺酸和三氧化硫。将上述共聚物氯甲基化，然后用不同的胺进行胺化可分别得到 聚苯乙烯系强碱性和弱碱性阴离子交换树脂，常用氯甲基化试剂：氯甲醚、二氯甲醚、甲醛 和盐酸的混合溶液、多聚甲醛和盐酸的混合溶液和甲醛缩二甲醇，氯甲基化后与叔胺反应形 成季铵型强碱性阴离子交换树脂。当与氨、伯胺或仲胺反应时则分别形成弱碱性的伯胺、仲 胺或叔胺阴离子交换树脂。氯甲基化聚苯乙烯氧化可得到聚乙烯系苯甲酸树脂，这是一种弱 酸性的阳离子交换树脂。（可参考课本30-31页的反应方程式）9、交换容量是指单位质量或单位体积树脂在一定条件下表现

12、出的可进行离子交换的基团的 量。总交换容量：总交换容量与化学结构有关，与树脂上所含离子基团总量一致。工作交换 容量：在一定工作条件下测定的交换容量。再生交换容量：当存再生剂时测定的交换容量。 离子交换利用率=工作交换容量/再生交换容量。贯流点：离子交换树脂填充在交换柱中，注 入被处理液是，在流出液中出现的被交换离子达到一定浓度以上的点。35页10、离子交换树脂在化学合成中的作用：在水中的离子交换过程可描述为：在水作用下， 化合物和离子交换树脂发生解离，化合物解离产生的离子由溶液中逐渐扩散到树脂表面并穿 过树脂表面进入树脂内部，与树脂上解离出的反离子发生离子交换反应，化合物中的离子被 吸附在树脂

13、上被交换下来的反离子按与上述相反的方向扩散到溶液中。交换反应有中性盐分 解反应，中和反应，复分解反应。36页11、离子交换树脂在水软化中的应用：单纯软化是指脱除水中的Ca2+、Mg2+、A13+等多价离 子，通常采用填充了 Na型阳离子交换树脂的装置。将原水通过Na型阳离子交换树脂柱时， 水中的Ca2+、Mg2+等离子与树脂上的Na+进行交换而保留在树脂上，从而将Ca2+、Mg2+等 离子从水中除去，使水得到软化。（39页）12、高吸水性树脂的结构特点，常见品种，吸水机理结构特点，含有强亲水基团并有一定交联度的功能高分子材料。品种，天然淀粉类、纤维素 类衍生物和合成树脂（聚丙烯酸盐系、聚乙烯醇

14、系、聚氧化乙烯系）。制备方法分：接枝共 聚、羧甲基化以及水溶性高分子交联。按产品性状分类：粉末状、颗粒状、薄片状和纤维状。吸水机理：当水与高分子表面接触时，有三种相互作用，一是水分子与高分子中电负性强的 氧原子形成氢键结合；二是水分子与疏水性基团的相互作用；三是水分子与亲水性基团的相 互作用。P49图左边的文字即是吸水机理。高吸水性树脂对0.9%的NaCl溶液的吸附能力远 低于去离子水。应用：土壤改良，保水剂；医用材料；化工和油田开发助剂；除臭芳香剂；其他应用。13、絮凝剂的三种絮凝机理：（1）带电的絮凝剂可以与带相反电荷的微粒作用使电荷中和， 降低微粒的双电层厚度促进微粒间的相互碰撞（2）一

15、个分散微粒可以同时吸附两个以上的 高分子链，在高分子链间起吸附架桥的作用，由于高分子链包覆使微粒变大而加速降解（3） 一个高分子链也可以同时吸附两个以上的微粒，高分子可以在多处与微粒结合一同下降。第三章什么是膜过程，有哪几种驱动力。61，77页膜过程就是利用薄膜对混合物组分的选择透过性使之在一定的推动力下进行分离。驱动力可 以是压力梯度，浓度梯度，电位梯度，温度梯度。膜分离的特点。62页优点：（1）低能耗，低成本的分离技术；（2）膜分离过程通常在温和的条件下进行，因而对 需进行高温分级、浓缩与富集的物质具有明显的优点（3）膜分离装置简单，操作容易，制 造方便，易于其他分离技术结合，其分离技术应

16、用范围光，对无机物、有机物及生物制品可 使用，不产生二次污染。缺点：膜过程容易出现膜污染，降低分解效率，膜的分离选择性较低，膜的使用有一定寿命。多孔膜和致密膜的分离原理。65,66页多孔膜的分离原理主要是筛分原理，以截留水和非水溶液中不同尺寸的溶质分子，也可以用 于气体的分离。致密膜的传质和分离原理是溶解-扩散机理，即在膜上游的溶质（溶液中）分子或气体分子 （吸附）溶解于高分子膜界面，按扩散定律通过膜层，在下游界面脱溶。高分子分离膜材料。课本68页了解膜材料的种类，知道各种材料可用于制造那种膜。高分子分离膜的制备。72页烧结法、拉伸法、径迹蚀刻法只能制备多孔膜，这种膜还可以作为复合膜的支撑层；

17、相转化 法可以制备多孔膜，致密膜；涂覆法制备很薄很致密的膜。课本77页表3-6第四章电功能高分子材料1什么是本征型（或称结构型）、复合型导电高分子及其组成部分，包含的种类，各自载流 子类型，如何判断载流子类型p87本征性导电高分子由聚合物组成，复合型导电高分子由导电填料、高分子材料及表面处 理剂复合而成。按照材料的结构与组成，可将导电高分子分成结构型导电高分子材料和复合 型导电高分子材料。按导电机理可分为三类：离子导电聚合物，电子导电聚合物，氧化还原 性导电聚合物。本征型导电高分子：本征性导电高分子是本身具有“固有“的导电性，由聚合物结构提 供导电载流子（电子、离子或空穴）的导电高分子复合型导

18、电高分子：复合型导电高分子是在不具备导电性的高分子材料中混入大量导电物 质，如炭黑，金属粉（箔）等，通过分散复合、层积复合、表面复合等方法构成的复合材料。本征型导电高分子载流子类型：电子，离子，空穴。复合型导电高分子载流子类型：电 子。本征型导电高分子材料可分为四类：共轭体系聚合物，高分子电解质，电荷转移络合物 和金属螯合物。判断方法：用电导率的压力依赖性来区分比较简单可靠。离子传导时，分子聚集越密， 载流子的转移通道越窄，电导率加大，压力系数为负值。电子传导时，电子轨道的重叠加大， 压力系数为正值。2复合型导电高分子导电机理p89机理：无限网链一用电子显微镜技术观察导电材料的结构发现，当导电

19、填料浓度较低时填料 颗粒分散在聚合物中，相互接触很少。导电性很低，随着填料浓度增加，填料颗粒接触机会 增多。电导率逐步上升。当填料浓度达到某一临界值时，体系内的填料颗粒相互接触形成无 限网链。这个无限网链就像金属网贯穿于高聚物中，形成导电通道，电导率急剧上升。使聚 合物成为导体。再增加导电填料的用量。对聚合物的导电性不会再有更多的贡献了。故电导 率变化趋于平缓。在此，发生突变的导电填料浓度称为“渗滤阀值”，隧道效应一当导电颗粒间不相互接触时，颗粒间存在聚合物的隔离层，使导电颗粒中自 由电子的定向运动受到阻碍，这种阻碍可看成一种具有一定势能的势垒。根据量子力学的概 念可知，对于一种微观粒子来说，

20、即使其能量小于势垒的能量时，它除了有被反弹的可能性 外，也有穿过势垒的可能性。微观粒子穿过势垒的现象称为贯穿效应，也称为“隧道效应”。 电子是一种微观粒子，因此它具有穿过导电颗粒间隔离层阻碍的可能性。使导电颗粒间的绝 缘隔离层变为导电层。3为什么注射，压塑成型对导电性能有影响。（即加工方法对导电性的影响）P94注射，压塑成型时存在高剪切速率及粉碎的作用，在高剪切速率的作用下，填料无限网 链在剪切作用下被破坏，而聚合物的高黏度使得这种破坏不能很快恢复，因此导电性下降， 经粉碎再生后，无限网链重新建立，电导率得以恢复。4共轭高聚物导电所具备特点p96第一，分子轨道能足够强烈离域，第二，分子轨道能够

21、相互重叠。满足这样条件的共轭体系 的聚合物，可通过自身的载流子产生和输送电流。5什么是受阻共轭，无阻共轭，种类有哪些，举例p97受阻共轭是指共轭分子轨道上存在缺陷。当共轭链中存在庞大的侧基或强性基团时，会引起 共轭链的扭曲，折叠等。使n电子离域受到限制。n电子离域受阻程度越大，分子链的导电 性能越差。如聚烷基乙炔和脱氯化氢聚氯乙烯，都属受阻共轭高聚物，其主链上有烷基等支 链结构，影响了口电子的离域。无阻共轭是指共轭链分子轨道不存在“缺陷”，整个共轭链的电子离域不受阻碍，这类聚合 物是较好的导电材料或半导体材料，如反式聚乙炔。聚对亚苯。聚并苯，等。6导电高分子的参杂，掺杂作用是什么，掺杂过程中可

22、能存在的化学反应及其对导电性能 的影响p98，参杂：因添加电子受体或电子给体来提高导电性能的方法。掺杂作用：用能带理论解释掺杂是为了在聚合物的空轨道中加入电子，或从占有轨道中 拉出电子，进而改变现有电子能带的能级，出现能量居中的半充满能带，减小能带间的能量 差，使自由或空穴迁移时的阻碍减小，以提高导电性能。掺杂过程中可能存在的化学反应及影响：电子转移（影响：电导率增加），分子内交联 （影响：聚合度增加，电导率增加），亲电加成（影响：共轭体系消失，呈绝缘体）亲电取 代（影响：电导率降低）。7影响共轭高聚物导电性能的因素，掺杂共轭高聚物导电性能p991掺杂剂的用量及种类2温度的影响。电子导电聚合物

23、的温度系数是正的，即随温度的升高， 电阻减小，电导率增加3聚合物电导率与分子中共轭链长度之间的关系。线形共轭导电聚合 物的电导率随其共轭链长度的增加而呈指数快速增加。因此，提高共轭链的长度是提高聚合 物导电性能的重要手段之一，这一结论对所有类型的喙子导电聚合物都适用。（此外电导率 还与掺杂剂种类，制备及使用时的环境气氛，压力和是否有光照等因素有直接或间接关系）。8共轴高聚物的合成方式（三种）p101从制备方法上来划分，可以将制备方法分为化学聚合法和电化学聚合法两大类，化学聚合法 还可以进一步分成直接合成法和间接合成法。直接合成法是直接以单体为原料，一步合成大 共轭结构，间接合成法在得到聚合物后需要一个或多个转化步骤，在聚合物链上生成共轭结 构。第五章：光功能高分子材料光化学反应：光聚合、光交联反应，光降解反应和光异构化反应。（126页）光敏剂和光引发剂的作用是提高光子效率，有利于自由基等活性种的产生。光引发剂的作用机理：光引发剂在吸收适当波长及强度的光能后，发生光